基于分級(jí)通信模式的小區(qū)智能抄表系統(tǒng)

摘  要：介紹了一種基于分級(jí)通信模式的小區(qū)智能抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用RS－485、RS－232總線技術(shù)及多層分級(jí)通信模式，文中給出了該系統(tǒng)的基本組成、硬件連接電路和軟件程序設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：RS－485；RS－232；總線技術(shù)；分級(jí)通信；智能小區(qū)；抄表系統(tǒng) 

1引言

　　長期以來，居民小區(qū)的物業(yè)管理部門對(duì)用戶用電、水、氣的統(tǒng)計(jì)一直是在人工抄表的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。而人工方式由于統(tǒng)計(jì)工作量大，誤差大，人為錯(cuò)誤等給物業(yè)管理和用戶也常帶來極大的不便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，住戶三表（水，電，煤氣）出戶自動(dòng)抄表自動(dòng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。一般小區(qū)內(nèi)的住戶數(shù)量較多，數(shù)據(jù)采集單元數(shù)目較大，同時(shí)由于數(shù)據(jù)采集單元可能離中央管理計(jì)算機(jī)較遠(yuǎn)，因此這類系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)必須采用多層分級(jí)通信的模式。本文介紹一種基于分級(jí)通信模式自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)組成

　　圖1所示是某小區(qū)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該智能抄表系統(tǒng)采用四層結(jié)構(gòu)，其中第一層是中央管理機(jī)，依次為集中器、采集器、現(xiàn)場采集儀表。

　　通過中央管理機(jī)及其軟件，管理人員可根據(jù)系統(tǒng)密碼的權(quán)限隨時(shí)查詢小區(qū)各個(gè)住戶的水、電、煤氣的實(shí)時(shí)及歷史使用情況。而集中器的主要作用是保存歷史和當(dāng)前采集數(shù)據(jù)，它在作為采集器主機(jī)的同時(shí)也作為中央管理機(jī)的從機(jī)，并且可以向外提供RS232、RS485及集成MODEN通訊接口（備用）。采集器作為計(jì)數(shù)裝置可對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行取樣。并可在斷線時(shí)向物業(yè)中央管理機(jī)報(bào)警，以防止有人偷電（水、煤氣）。采集器有24個(gè)通道，每個(gè)通道可單獨(dú)設(shè)置為電表、煤氣表或水表脈沖量輸入；輸入信號(hào)可以是有源信號(hào)，也可以是無源信號(hào)，其脈沖頻率一般小于10Hz。現(xiàn)場采集儀表用于分別計(jì)錄用戶用水，電，煤氣的數(shù)量，并以電脈沖形式輸出。

　　中央管理機(jī)與采集器通信有定時(shí)采集（大于等于3分鐘）和主動(dòng)采集兩種模式，具體操作可由操作者發(fā)出命令，它可以自動(dòng)采集所有通道數(shù)據(jù)或特定通道的數(shù)據(jù)。上位機(jī)則通過采集器完成下列功能：設(shè)定通信波特率（缺省值為19200）、設(shè)定集中器到采集器的定時(shí)采集時(shí)間、設(shè)定采集器時(shí)間、獲取集中器中的采集數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)、設(shè)置某采集器數(shù)據(jù)、讀取某采集器設(shè)置數(shù)據(jù)以及開戶和銷戶等。

　　集中器與采集器之間采用RS－485半雙工接口并采用主從模式進(jìn)行通信。一般情況下，集中器定時(shí)或連續(xù)向采集器采集數(shù)據(jù)。當(dāng)上位機(jī)與集中器通信時(shí)，必須等待集中器與某采集器完成通信才能開始交互數(shù)據(jù)。

　　本系統(tǒng)中，中央管理機(jī)下掛4個(gè)集中器，每個(gè)集中器下掛126個(gè)采集器。由于RS－485總線最多可掛32個(gè)驅(qū)動(dòng)器，因此，在某些采集器中，應(yīng)設(shè)置中繼器（該中繼器可由兩片背靠背的MAX1487組成），以使RS－485總線下可掛126個(gè)采集器。

2．2通信協(xié)議

　　本系統(tǒng)的通信協(xié)議包括字符格式和數(shù)據(jù)包格式。在字符格式中，每個(gè)字符在傳輸中采用異步方式，具體字符格式如下：

　　其中，起始標(biāo)志位SOI（STARTOFIN－FORMATION）為7EH，對(duì)應(yīng)于ASCII碼字符“～”，代表一個(gè)新信息幀的開始。
　　從機(jī)地址ADR（ADDRESS）為各從機(jī)的識(shí)別標(biāo)志，一個(gè)數(shù)據(jù)總線RS－485上不能掛相同地址的從機(jī)。從機(jī)地址范圍為1～254，其中0為保留，255為廣播地址。
　　命令標(biāo)識(shí)符CID（COMMANDID）為各類型主機(jī)向從機(jī)發(fā)出命令的識(shí)別標(biāo)志。
　　信息域INFO（INFORMATION）為數(shù)據(jù)信息，可分為命令信息和響應(yīng)信息兩大類。
　　校驗(yàn)和碼CHK（CHKCODE）為ADR、CID及INFO三部分的累加和校驗(yàn)碼。
　　結(jié)束標(biāo)志符EOI（ENDOFINFORMATION）為0DH，對(duì)應(yīng)于回車符，代表一個(gè)信息幀的結(jié)束。

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2．3脈沖當(dāng)量記費(fèi)原理

　　水、電、煤氣的記費(fèi)一般按水、電、煤氣表等的輸出脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)量?？赏ㄟ^下列公式計(jì)算出實(shí)際使用量和應(yīng)繳費(fèi)額： Q＝NKR
　　式中，Q為應(yīng)繳費(fèi)額，N為脈沖數(shù)，K為每個(gè)脈沖代表的水流量、電度數(shù)或氣流量，R為單位價(jià)格。

3硬件連接電路

3．1集中器電路

　　在集中器中，ST16C2552與RS－232和RS－485的電路連接如圖2所示。圖中的ADM202可將RS－232電平轉(zhuǎn)化為TTL電平。 MAX1487是一個(gè)＋5V供電的RS－485接口差分信號(hào)收發(fā)器，它可通過CPU的P1．2口對(duì)接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。同時(shí)可將TTL電平轉(zhuǎn)化為 RS－485的差分接口信號(hào)或進(jìn)行反向選擇。

3．2采集器數(shù)據(jù)采集電路

　　圖3所示是一個(gè)有4個(gè)基于分級(jí)通信模式的小區(qū)智能抄表系統(tǒng)通道的數(shù)據(jù)采集電路，它們被連接到AT90S8515的PA0～PA3口，剩下的20路數(shù)據(jù)采集電路連接到PA口的高4位口線及PB口和PC口上。采集器的脈沖輸出信號(hào)經(jīng)光電隔離后，可由AT90S8515進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。

4集中器的通信程序

　　在集中器中，AT89C52的兩個(gè)外部中斷 INT0、INT1可分別用來接收來自中央管理機(jī)和采集器的數(shù)據(jù)。通常將異步通信芯片ST16C2552的管腳IN－TA、INTB反向后分別和 INT0、INT1相連。當(dāng)ST16C2552接收到數(shù)據(jù)時(shí)，它將向CPU申請(qǐng)中斷以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。下面的程序片斷采用C語言編寫。其功能是初始化 ST16C2552，并為集中器接收數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。
   
　

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　　下面以接收來自中央管理機(jī)數(shù)據(jù)幀為例說明通信中斷服務(wù)程序的工作流程。具體流程如下：
　?、訇P(guān)外部中斷0，防止中斷嵌套。
　?、陂_外部中斷0，判斷是否接收的是數(shù)據(jù)幀起始字符SOI，如果是，準(zhǔn)備接收下一字符；如不是，將接收的字符拋掉。
　?、坶_外部中斷0，判斷接收的字符是否為本機(jī)地址。如果是，準(zhǔn)備接收下一字符；如果不是，將接收的字符拋掉。
　?、芙邮諗?shù)據(jù)和為命令控制字，根據(jù)控制字來設(shè)定將要接收的數(shù)據(jù)信息長度，開外部中斷0。
　　⑤判斷數(shù)據(jù)信息是否接收完畢，如果沒有，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)信息，如果接收完畢，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)幀結(jié)束字符EOI，開外部中斷0。
　?、夼袛嘟邮諗?shù)據(jù)是否為EOI。如果是，設(shè)數(shù)據(jù)幀標(biāo)志為1，如果不是，則將接收的所有數(shù)據(jù)拋棄。開外部中斷0。

5結(jié)束語

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)高質(zhì)量生活的追求，小區(qū)智能化已成為住宅小區(qū)發(fā)展的趨勢(shì)。而智能抄表系統(tǒng)作為智能小區(qū)最基本的子系統(tǒng)，它對(duì)小區(qū)智能化的影響是顯而易見的。因此，對(duì)智能抄表系統(tǒng)作進(jìn)一步開發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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3．HTTP：//WWW.ATMEL.COM